| Cellules de Hodgkin-Huxley |
Cette page présente une simulation du mod&eagrave;le de Hodgkin et Huxley qui met en évidence la dynamique de la tension et du courant de la membrane ainsi que les équations différentielles de la dynamique d'un compartiment.
Une bonne introduction à la modélisation détaillée des neurones biologiques se trouve dans l'ouvrage "The Book of Genesis" de Jim Bower (en anglais).
Cette applet fut écrit par Thomas Pollinger.
Cette applet ne fonctionne qu'avec un navigateur qui supporte Java 1.1.
Cette applet simule la dynamique de la tension et de l'intensité de la membrane ainsi que les variable des Hodgkin-Huxley h,m,n des équations différentielles sous-jacentes. Les quatre parties de l'applet sont:
Les questions pour cet exercise se trouvent ici. Vous devrez comprendre l'expérience de serrage de tension et l'expérience de serrage d'espace / courant, décrits ci-dessous.
Les caractéristiques des cellules de Hodgkin-Huxley peuvent être optimisées grâce à l'expérience de serrage de voltage. Dans cette expérience, le courant de capacitance Ic est court-circuité.
Les graphes sur la fenêtre de sortie révèlent d'importantes caractéristiques de la dynamique des variables sous-jacentes. Cachez les graphes bleu marine et bleu clair en cliquant sur les boîtes à cocher correspondantes en dessous du graphe du milieu (current display). Le graphe jaune représente la somme des graphes rouge et vert, c'est-à-dire la somme des courants ioniques de sodium iNa et potassium iK.
Cachez le graphe jaune et amenez les graphes rouge et vert par devant. Le graphe rouge correspond au courant de sodium qui est interne au début puis qui décroît par la suite. Le graphe vert représente le courant de potassium qui se converti doucement en courant externe d'ions potassium.
La tension de la membrane est négative au début et dès que la tension de la membrane augmente, la membrane devient immédiatement perméable à un courant de sodium interne. Si cette haute tension de membrane dure, un courant de potassium externe apparaît et le courant de sodium disparaît.
Laissez seulement le graphe cyan qui représente le courant de capacitance de la membrane. Comme prévu, ce courant est nul sauf lorsque la tension imposée change. A ce moment, le changement de tension provide un pic de courant de capacitance
Considérons maintenant des expériences de serrage d'espace ou de courant. Les expériences de serrage d'espace réduisent la résistance axiale interne Ra. Un courant injecté est uniformément réparti sur une partie d'axone. Cela a pour effet que l'axone qui contient de nombreux petits compartiments, va être transformé en un axone qui se comporte comme un grand compartiment, de manière que la dynamique d'un tel compartiment puisse être étudiée indépendament de son voisinage.
Cachez tous les graphes sauf le jaune sur l'affichage du milieu. Vous pouvez identifier le courant membranaire comme la somme des courants ioniques, du courant de capacitance et du courant de déperdition il. Comme le courant de la membrane est imposé, vous devez observer une forme rectangulaire d'une durée de 40ms.
Maintenant, cachez tous les courants sauf le vert (courant de potassium) et le rouge (courant de sodium). Comme on l'a vu avec l'expérience de serrage de tension, le courant de potassium est externe et le courant de sodium est interne si la tension de la membrane augmente. En particulier, le courant de sodium augmente rapidement et le courant de potassium augmente doucement si la tension de la membrane reste élevée. Observez maintenant le premier affichage qui montre la dynamique de la tension de la membrane.
Essayez d'expliquer maintenant, comment cette forme typique de tension membranaire est créée. Gardez à l'esprit que la tension membranaire influence le courant membranaire (des courants d'ions positifs internes ou externes altèrent la tension membranaire). De plus, la concentration de sodium est plus élevée à l'extérieur qu'à l'intérieur et la concentration de potassium est plus élevée dans l'axone qu'à l'extérieur de la cellule.
Le troisième affichage montre la dynamique des trois variables n, m, h des équations différentielles. Ces équations furent proposées par Hodgkin et Huxley dans les années 50 pour modéliser les caractéristiques observées sur des neurones disséqués.
Les formes des pics peuvent être contrôlées principalement par l'intensité du courant de la cellule (simulé ici par le courant appliqué à l'extérieur).
Le temps nécessaire pour produire un nouveau pic après un premier est appelé "temps réfractaire". Plus ce temps est petit, plus le pic atteint sa valeur maximale rapidement. Dans les cas extrêmes, il oscille autour de valeurs entre l'état de repos et l'état maximum.
Voici un autre lien vers les questions pour cet exercice.